(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分円筒形の流路（１）の一端側に流入側流路（５）が連なり、その他端側に流出側流路（６）が連なり、前記部分円筒形の流路（１）の中に、同流路（１）の円周方向に流入側流路（５）から流出側流路（６）に向けて回転移動する磁界を形成する誘導子（２）、（２’）を配置した磁場回転式電磁ポンプにおいて、前記部分円筒形の流路（１）の外周側に沿って磁路を形成するための磁性体の部分外ヨーク（８）を設け、この部分外ヨーク（８）の部分円筒形の流路（１）の流入口（３）側と流出口（４）側の変曲部がある両端側に、同部分外ヨーク（８）の終端に向けて厚さが次第に小さくなるような勾配端部（９）を設けたことを特徴とする平準化磁界形成機構を有する磁場回転式電磁ポンプ。
【請求項２】
部分外ヨーク（８）の両端側の勾配端部（９）の長さが誘導子（２）、（２’）に設けられた磁極の同誘導子（２）の外周における周間隔以上であることを特徴とする請求項１に記載の平準化磁界形成機構を有する磁場回転式電磁ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性流体を搬送する電磁ポンプに関し、円筒形の流路の中にその円周方向に回転移動する磁界を形成して同流路の中の導電性流体に電磁誘導による推力を与え、特に部分円筒形の流路の両端側に流入側流路と流出側流路とがそれぞれ連なったΩ形の流路を有し、平準化磁界形成機構を有する磁場回転式電磁ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属等の導電性流体に推力を与えて搬送する駆動ポンプには、シールされた軸受を介して流路の外部にあるモータにより駆動されるインペラを同流路の中で回転させて機械的に導電性流体に推力を与える機械式ポンプと、流路の中に移動磁界を与えて、この移動磁界により流路の中の導電性流体に電磁力による推力を与えるシール部分を必要としない電磁式ポンプとがある。
【０００３】
シール部分を必要とする機械式ポンプは、シール部分からの導電性流体の漏れが起こる可能性があるという欠点がある。水銀を除く導電性流体の多くは融点が常温以上であり、融点が高い溶融金属の場合に、シール軸受部分に耐熱性の点で限界がある。これに対して、電磁ポンプはインペラに機械的な駆動力を伝えるシール付きの軸受等の摺動部分が無いため、常温以上の溶融金属の搬送に適している。
【０００４】
とりわけ電磁ポンプの中でも、円筒形の流路の中にその円周方向に回転移動する磁界を形成して同流路の中の導電性流体に電磁誘導による推力を与え、搬送する形式の磁場回転式電磁ポンプは、設置スペースが狭い等の利点がある。このような形式の電磁ポンプの流路は、例えば、図５に示すように、部分円筒形の流路３１の一端側に流入側流路３５が連なり、その他端側に流出側流路３６が連なり、前記部分円筒形の流路３１の中に、同流路３１の円周方向に流入側流路３５から流出側流路３６に向けて回転移動する磁界を形成する誘導子３２、３２’を配置したものである。このような磁場回転式電磁ポンプの流路は、部分円筒形の流路３１の両端側に流入側流路５と流出側流路３６がそれぞれ連なっているため、Ω形の流路（尺取り虫が縮んだ時のような形状の流路）を形成している。誘導子３２は永久磁石をＳ極とＮ極が交互になるよう円周方向に等間隔で配置し、モータ３７により回転されるものである。誘導子３２はコイルを円周方向に等間隔で配置し、これに三相交流による交番磁界等を与え、回転磁界を形成するものである。
【０００５】
このΩ形の流路を有する磁場回転式電磁ポンプの欠点は、部分円筒形の流路３１の流入側流路３５と流出側流路３６が邪魔になって部分円筒形の流路３１の外側に磁路を形成するためのヨークを取り付け難いことである。このため、部分円筒形の流路３１の内側に配置した誘導子３２、３２’から発生する磁界の磁気抵抗が流路３１の外周側に近くなるに従って高くなり、部分円筒形の流路３１の内周側に発生する電磁力に比べて外周側に発生する電磁力が極端に弱くなる。
【０００６】
部分円筒形の流路１の内周側に比べて外周側の電磁力が極端に弱くなると、部分円筒形の流路３１の内周側と外周側との間に大きな流速分布差が生じ、時には流路３１の外周側において導電性流体の逆流現象が起こり、導電性流体の流量−吐出圧力の特性が不安定となる。
【特許文献１】特開２００７−７４８３７号公報
【特許文献２】特開２００４−３０４８９３号公報
【特許文献３】特開平０５−４２３５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような従来のΩ形の流路を有する磁場回転式電磁ポンプにおける課題に鑑み、流路の径方向の磁束密度の分布を改善し、安定した流量−吐出圧力特性と誘導子の回転移動磁界の回転の円滑化を図ることが出来る平準化磁界形成機構を有する磁場回転式電磁ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、前記の目的を達成するため、部分円筒形の流路１の外周側に磁路を形成するための部分外ヨークを、流量−吐出圧力特性の安定化を図る。さらに、この部分外ヨークの流路の両端側に、終端に向けて厚さが次第に小さくなるような勾配端部を設け、これにより誘導子の回転或いは回転磁界の安定化を図るものである。
【０００９】
すなわち本発明による磁場回転式電磁ポンプは、部分円筒形の流路１の一端側に流入側流路５が連なり、その他端側に流出側流路６が連なり、前記部分円筒形の流路１の中に、同流路１の円周方向に流入側流路５から流出側流路６に向けて回転移動する磁界を形成する誘導子２、２’を配置した磁場回転式電磁ポンプにおいて、前記部分円筒形の流路１の外周側沿って平準化された磁路を形成するための磁性体の部分外ヨーク８を設けたものである。
【００１０】
このような本発明による磁場回転式電磁ポンプでは、誘導子２、２’から部分円筒形の流路１の中に発生する回転移動磁界の磁路が部分外ヨーク８を通して形成され、この結果、部分円筒形の流路１の中に発生する回転移動磁界の磁束密度が同流路１の外周側で急激に低減しない。これにより、流路の径方向の磁束密度の分布が概ね平準化され、安定した流量−吐出圧力特性を得ることが出来る。
【００１１】
さらに本発明では、前記部分外ヨーク８の部分円筒形の流路１の流入口３側と流出口４側の変曲部がある両端側に、同部分外ヨーク８の終端に向けて厚さが次第に小さくなるような勾配端部９を設けている。これにより、部分ヨーク８の両端に磁束が集中してその部分で急激に磁束密度分布が変化する現象、即ち、誘導子２、２’と部分外ヨーク８との間の吸引力の急激な低下が抑えられ、誘導子２、２’の回転や回転磁界の不安定化を避けることが出来る。この意味で、前記部分外ヨーク８の両端側の勾配端部９の長さは誘導子２、２’に設けられた磁極の同誘導子２の外周における周間隔以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明した通り、本発明による平準化磁界形成機構を有する磁場回転式電磁ポンプでは、磁束密度が最も大きい流路１の外周側と磁束密度が最も小さくなる流路１の内周側との磁束密度の比が大きいことに起因する逆流現象が起きにくいように流路１の径方向の磁束密度が平準化される。このため、流量−吐出圧力特性が不安定とならず、安定した電磁ポンプの運転が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明では、前記の目的を達成するため、部分円筒形の流路１の一端側に流入側流路５が連なり、その他端側に流出側流路６が連なり、前記部分円筒形の流路１の中に、同流路１の円周方向に流入側流路５から流出側流路６に向けて回転移動する磁界を形成する誘導子２、２’を配置した電磁ポンプについて、前記部分円筒形の流路１の外周側に磁路を形成するための磁性体の部分外ヨーク８を設けた。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明によるΩ形の流路（尺取り虫が縮んだ時のような形状の流路）を有する磁場回転式電磁ポンプの例を示す概念斜視図である。このような形式の磁場回転式電磁ポンプは、水銀や溶融鉛ビスマス等の低融点の導電性流体を搬送すために使用される。
【００１５】
磁場回転式電磁ポンプには、部分円筒形の流路１があり、その一端側に流入側流路５が連なり、その他端側に流出側流路６が連なっている。符合３は流入側流路５の流入口であり、符合４は流出側流路６の流出口である。これら流入口３と流出口４には、それぞれ図示してない前後の流路が接続される。流入側流路５と流出側流路６の長さは適宜変更が可能である。
【００１６】
この部分円筒形の流路１の中心部分には、図示した誘導子２、２’の何れかが配置される。誘導子２は、円筒或いは円柱形を呈しており、その円周方向に所要の間隔で永久磁石を外周側の磁極Ｓ極とＮ極が交互になるよう配置した構造となっている。この誘導子２を部分円筒形の流路１の中空部分の中に配置し、これをモータ７で回転することにより、部分円筒形の流路１の中にその円周方向に回転移動する回転移動磁界を形成する。
【００１７】
他方の誘導子２’は、やはり円筒或いは円柱形を呈しており、その円周方向に所要の間隔で電磁石を配置した構造となっている。この電磁石に三相交流等による交番磁界を与え、部分円筒形の流路１の中にその円周方向に回転移動する移動磁界を形成する。交番磁界の周波数は図示してないインバータにより可変する。
【００１８】
前記部分円筒形の流路１の外周には、前記誘導子２、２’から流路１の中に形成される磁界の磁路となる部分外ヨーク８が設けられている。この部分外ヨーク８は、部分円筒形の流路１の両端にそれぞれ連なった流入側流路５と流出側流路
６に至る部分にわたって流路１の外周の大半の部分を覆うように形成されている。従って、部分外ヨーク８の両端は途切れており、部分外ヨーク８の正面はＣ字形を呈している。
【００１９】
この部分外ヨーク８の部分円筒形の流路１の流入口３側と流出口４側の変曲部がある両端側には、同部分外ヨーク８の終端に向けて厚さが次第に小さくなるような勾配端部９が設けられている。この部分外ヨーク８の両端側の勾配端部９の長さは、誘導子２、２’に設けられた磁極の同誘導子２、２’の外周における周方向の間隔以上とする。
【００２０】
この部分外ヨーク８は、誘導子２、２’から流路１の中に形成される磁界の磁路となることにより、流路１内の磁束密度を高くし、且つ同流路１の内周側から外周側にわたって磁束密度が減衰するのを防ぐことが出来る。流路１内の磁束密度を高くすることは、磁場回転式電磁ポンプとしての出力を大きく出来ることになり、同流路１の径方向にわたる磁束密度の減衰を少なくすることは、同流路１の内周側と外周側との導電性流体の電磁力の差を小さくし、前述したような逆流現象を小さくすることにつながる。
【００２１】
部分円筒形の流路１の内周側から外周側に至る磁束密度の分布の例を図２に示す。永久磁石を使用した誘導子２の磁石のＮ磁極の放射方向の磁束密度の流路１の厚さ方向、すなわち径方向の分布について、部分外ヨークを設けていない場合と部分外ヨークを設けている場合とを比較してそれぞれ示している。
【００２２】
部分外ヨーク８を設けていないと、流路１内の磁束密度が全体として低く、同流路１の内周側から外周側にわたって磁束密度の減衰も大きい。これは、誘導子２、２’の磁極から流路１の中に形成される磁界が誘導子２、２’が誘導子２、２’の表面に限定され、部分円筒形の流路１の外周側に及びにくいためである。これに対し、部分外ヨーク８を設けることにより、流路１内の磁束密度が全体として高くなり、同流路１の内周側から外周側にわたって磁束密度の減衰も小さい。これは、部分外ヨーク８により流路１の外側での磁気抵抗が低くなり、流路１の外側に誘導子２、２’の磁極から流路１の中に形成される磁界の磁路が形成されることにより、磁界が部分円筒形の流路１の外周側にも及ぶことになるためである。
【００２３】
図３は、部分外ヨーク８を設けている場合と部分外ヨーク８を設けていない場合の流路１内の厚さ方向、すなわちその径方向の電磁力分布を示す概念図である。また図４は、それらのときの流路１内の厚さ方向、すなわちその径方向の導電性流体の流速分布を示す概念図である。何れも矢印はダクト断面上の電磁力と流速をベクトルで示している。
【００２４】
図３に示すように、部分外ヨーク８を設けていないため、部分円筒形の流路１の内周側に比べて外周側の電磁力が極端に弱くなると、図４に示すように、部分円筒形の流路１の内周側と外周側との間に大きな流速分布差が生じ、時には流路１の外周側において導電性流体の逆流現象が起こる。この結果、導電性流体の流量−吐出圧力の特性が不安定となる。他方、前記の部分外ヨーク８を設けることで、部分円筒形の流路１の内周側から外周側にわたって全般的に大きな電磁力が得られ、同流路１の内周側と外周側との間に大きな流速分布差が生じない。この結果、流路１の外周側において導電性流体の逆流現象が起こりにくくなる。
【００２５】
部分外ヨーク８の両端は、部分円筒形の流路１の両端が流入側流路５と流出側流路６とにそれぞれ連なっていることから、必然的にその部分で途切れた形態となる。すなわち、部分外ヨーク８はＣ字形の外形を有することになる。このため、誘導子２、２’の流入側流路５と流出側流路６の近くでは、部分外ヨーク８の両端に磁界が途切れる。この磁界の急激な減少は、誘導子２、２’と部分外ヨーク８との吸引力の急激な変化を生じることにより、誘導子２、２’の回転や回転磁界が円滑に出来なくなり、誘導子２、２’の振動等を招く原因となる。
【００２６】
そこで、部分外ヨーク８の部分円筒形の流路１の両端側に、同部分外ヨーク８の終端に向けて厚さが次第に小さくなるような勾配端部９を設ける。これにより、部分外ヨーク８の両端で急激に磁束密度分布が変化する現象が抑えられ、誘導子２、２’の回転や回転磁界の不安定化を避けることが出来る。従って、前記部分外ヨーク８の両端側の勾配端部９の長さは誘導子２、２’に設けられた磁極の同誘導子２、２’の外周における周間隔以上とすることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、Ω形の流路を有する磁場回転式電磁ポンプであって、特に水銀や溶融鉛ビスマス等の低融点の導電性流体を流すために使用される電磁ポンプにおいて、導電性流体の流量特性の安定化に資することが出来る技術として適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるΩ形の流路及び平準化磁界形成機構を有する磁場回転式電磁ポンプの一実施例を示す概念斜視図である。
【図２】前記磁場回転式電磁ポンプにおける部分円筒形の流路の径方向の磁束密度分布の例を示す概念図である。
【図３】前記磁場回転式電磁ポンプにおける部分円筒形の流路の径方向の電磁力分布を示す概念図である。
【図４】前記磁場回転式電磁ポンプにおける部分円筒形の流路の径方向の導電性流体の流速分布を示す概念図である。
【図５】Ω形の流路を有する磁場回転式電磁ポンプの一般的な例を示す概念斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  部分円筒形の流路
２  誘導子
３  流入口
４  流出口
５  流入側流路
６  流出側流路
８  部分外ヨーク
９  部分外ヨークの勾配端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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